Deeltjes, schilfering en biofouling
Membraantechnologie
Deeltjes
Deeltjesmembraanverontreiniging kan worden gedefinieerd als gesuspendeerde en colloïdale materie, die door het membraan wordt geabsorbeerd. Vaste stoffen verstoppen het membraan, waardoor het te behandelen water er niet meer doorheen kan. Als het membraan verstopt is, is er meer druk nodig om de gebruikelijke waterbehandeling te kunnen uitvoeren. Hierdoor stijgen de energiekosten.
Scaling
Scaling betekent het afzetten van deeltjes op een membraan, waardoor deze verstopt raakt. Het is een ongewenst effect dat kan optreden tijdens nanofiltratie en omgekeerde osmoseprocessen. Schaling zorgt voor een hoger energieverbruik en een kortere levensduur van de membranen, omdat deze vaker gereinigd moeten worden..
Nanofiltratie en Omgekeerde Osmose zijn processen die veel worden toegepast bij drinkwaterbereiding uit grond- of oppervlaktewater. Bij deze processen is een hoge conversie gewenst, omdat hierdoor het verlies aan grondstoffen en energie wordt beperkt. Afhankelijk van de conversie wordt ongeveer 75 tot 90 procent van het voedingswater omgezet in het gewenste product.
Tijdens het proces neemt het membraanconcentraat zouten op. Anorganische zouten, zoals calciumcarbonaat en bariumsulfaat, die niet in water oplosbaar zijn, kunnen oververzadigd raken. Dit zorgt ervoor dat ze neerslaan. Het neerslaan van in water onoplosbare zouten op het membraan is waarschijnlijker wanneer de conversie hoog is..
Schalen zorgt ervoor dat de nominale flux afneemt. De gevolgen zijn, zoals eerder opgemerkt, een hoger energieverbruik, een verhoging van de reinigingsfrequentie en een kortere levensduur van de membranen. Hierdoor wordt het membraanwaterbehandelingsproces veel duurder.
Door zuren of antikalkmiddelen aan het systeem toe te voegen, kan de neerslag van zouten worden voorkomen. Zuren verminderen de oververzadiging van calciumcarbonaat, terwijl antikalkmiddelen de neerslagniveaus verlagen.
Een membraanfiltratie-unit presteert optimaal bij maximale conversie en een minimale dosis zuren en antikalkmiddelen, zonder dat er kalkaanslag optreedt.
Biofouling
Biologische besmetting, ook wel biofouling genoemd, komt het vaakst voor tijdens nanofiltratie en omgekeerde osmoseprocessen. Dit komt doordat de membranen niet met chloor kunnen worden gedesinfecteerd om bacteriën te doden. Biofouling in nanofiltratie of omgekeerde osmose-membranen is waarschijnlijk de minst begrepen verontreiniging die kan optreden in membraansystemen. Dit kan worden toegeschreven aan de complexe groei van microbiologische bacteriën. Deze micro-organismen hebben schadelijke, vaak onomkeerbare effecten op nanofiltratie en omgekeerde osmose-systemen.
De soorten micro-organismen, hun groeifactoren en concentratie in een membraansysteem zijn sterk afhankelijk van kritische factoren, zoals temperatuur, de aanwezigheid van zonlicht, pH, opgeloste zuurstofconcentraties en de aanwezigheid van organische en anorganische voedingsstoffen.
Micro-organismen kunnen het systeem binnendringen via water of lucht, of beide.
Aërobe (zuurstofafhankelijke) bacteriën leven meestal in een omgeving van warm, ondiep en zonovergoten water, met een hoog gehalte aan opgeloste zuurstof, een pH van 6,5 tot 8,5 en een overvloed aan organische en anorganische voedingsstoffen.
Anaërobe bacteriën (zuurstofonafhankelijk) daarentegen zijn meestal aanwezig in gesloten systemen met weinig tot geen opgeloste zuurstof en worden actief als er voldoende voedingsstoffen aanwezig zijn. Dit kan organisch materiaal zijn of resten van dode algen.
Beide soorten bacteriën kunnen in hetzelfde systeem aanwezig zijn. Er zijn bacteriën die kunnen schakelen tussen aërobe en aërobe omstandigheden en vice versa. Hun aard hangt af van de toestand van het water.
Een van de meest voorkomende vormen van biofouling ontstaat tijdens de voorbehandeling van omgekeerde osmosesystemen en in delen van membraansystemen die de groei van algen kunnen bevorderen. Membraansysteemonderdelen die worden blootgesteld aan zonlicht of stilstaand water bevatten, kunnen de groei van algen veroorzaken.
Zonlicht speelt een belangrijke rol in het fotosyntheseproces voor de groei van algen. De hoeveelheid zonlicht bepaalt de hoeveelheid zuurstof die wordt geproduceerd. Aërobe bacteriën, die zuurstofafhankelijk zijn, hebben de door algen geproduceerde zuurstof nodig wanneer het gehalte aan opgeloste zuurstof in het voedingswater niet voldoende is voor de stofwisseling.
Terwijl de algen afsterven, worden ze een voedselbron voor bacteriën, omdat ze organische voedingsstoffen afgeven die bacteriën nodig hebben voor groei in een membraansysteem.
Een ander type biofouling in een membraansysteem is de aanhechting van bacteriën aan de binnenwanden van pijpleidingen. Hoeken en doodlopende wegen zijn locaties in een pijpleiding waar bacteriën naar kunnen absorberen.
Nadat bacteriën zich aan een muur hebben geabsorbeerd, worden de eerste delen van een biofilm gevormd. De biofilm wordt groter terwijl bacteriën zich blijven vermenigvuldigen en terwijl dood organisch materiaal wordt geabsorbeerd door de biofilmstructuren. Ondanks dat biofilms de waterstroom beïnvloeden, trekt het toch kleine zwevende deeltjes en micro-organismen aan. De afzettingen van de biofilm vormen een sterk, samenhangend geheel dat zeer moeilijk te verwijderen is. Uiteindelijk zullen delen van de biofilm vrijkomen en worden verspreid door de systeemcomponenten, inclusief de membranen. Wanneer ze zich aan de membranen hechten, beginnen micro-organismen zich te vermenigvuldigen met behulp van voedingsstoffen die in het voedingswater aanwezig zijn. Hierdoor ontstaat er een biofilm op de membranen, die de doorstroming van voedingswater door het membraan belemmert. Dit resulteert in een hogere druk, wat leidt tot hogere systeemkosten en onherstelbare schade aan de membranen.
Het komt zelfs voor dat sommige membraanmaterialen geschikte omgevingen zijn voor micro-organismen om te groeien, waardoor het membraan in korte tijd volledig vernietigd zal worden.
